 |
| Президент США Линдон Джонсон (справа) приветствует астронавтов Гаса Гриссома (в центре) и Джона Янга (слева) после их испытательного полета Gemini III в марте 1965 года. Именно в этот момент НАСА начинает просчет проекта по доставке астронавтов к Марсу и Венере. Уже тогда оценочная стоимость проекта была в пределах «лунной» программы или даже дешевле. |
Удивительно, американцы могли сразу после высадки на Луну полететь на Марс и Венеру и в принцыпе для этого у НАСА были все необходимые технологии на начало 1970-х годов. Но мировой экономический кризис, война во Вьетнаме, а также и «уотергейтский скандал» поставили крест на миссии, которая бы затмила собой высадку на Луне и вывела бы США в неоспоримые лидеры космонавтики на десятилетия вперед.
Первые идеи по «марсианскому» проекту НАСА относятся ориентировочно к началу 60-х годов после успеха миссии Gemini, когда стало понятно, что высадка американцев на Луне, это вопрос времени при правильном финансировании. Что самое интересно, первоначально «марсианский» проект не был значительно дороже «лунного» и все потому. что плданировалось испольщзовать уже отработанные технологии. Неизвестно было только, смогут ли астронавты выдерждать на борту столь длительное пребывание. Предполагалось, что исследовать эти возможности НАСА сможет с помощью орбитальной станции. Уже к середине 60-х годов проект стал более амбициозным — предполагалось олететь не только Марс, но и Венеру, вернув астронавтов на землю через два года.
Идею пилотируемого облета обычно приписывают итальянскому авиационному инженеру Гаэтано Крокко, который в 1956 году представил документ, описывающий пилотируемый пролет Марса / Венеры. Финансируемые НАСА подрядные работы по пилотируемым облетам начались в 1962 году с исследований ранних пилотируемых межпланетных экспедиций в оба конца (EMPIRE) в Центре космических полетов имени Маршалла (MSFC) НАСА в Хантсвилле, Алабама (см. «Дополнительная информация» ниже). EMPIRE также поручила своим подрядчикам изучить пилотируемые орбитальные аппараты Марса и Венеры.
Crocco и NASA MSFC нацелили свои первые миссии на 1971 год, дату, выбранную с прицелом на ограничение времени и движущей энергии, необходимых для достижения Марса. В этом году Марс будет близко к Солнцу, а Земля, которая будет ближе к Солнцу и будет двигаться быстрее, пройдет мимо него. Поскольку Марс имеет эксцентрическую орбиту, эта геометрия Земля-Марс повторяется только каждые 15 лет или около того. Возможность для перехода Земля-Марс как благоприятная не представится снова до 1988 года.
Концепция пилотируемого облета становилась все более привлекательной в 1964 и начале 1965 года, когда президент США Линдон Бейнс Джонсон прояснил свое видение будущего НАСА после программы «Аполлон». В то время ожидалось, что Аполлон совершит свою первую посадку на Луну в 1968 году.
Джонсон хотел, чтобы Аполлон продолжил исследование Луны после первой успешной посадки, но в основном он хотел видеть астронавтов, работающих на борту околоземных лабораторий, выведенных с помощью ракет Сатурн и разработанных для лунной программы. Предполагалось, что эти лаборатории принесут недорогие ощутимые выгоды американским налогоплательщикам за счет исследований в области медицины, производственных процессов, открытия ресурсов Земли, сельскохозяйственного мониторинга и развития передовых технологий.
В видении этого проекта у НАСА не упоминались пилотируемые облеты Марса / Венеры, основанные на технологическом наследии Аполлона. С другой стороны, но никто не запрещал тогда вести параллельно разработку «марсианской» программы.15-месячное внутреннее исследование NASA MSFC, начавшееся в августе 1963 года, вскоре после завершения исследования EMPIRE, стало первым исследованием возможности адаптации ракет «Сатурн» и космического корабля «Аполлон» для пилотируемых облетов Марса и Венеры. Еще до того, как инженеры NASA завершили свое исследование в ноябре 1964 года, штаб-квартира НАСА и другие центры НАСА начали свои собственные исследования пилотируемых облетов других планет с помощью Аполлона. Например, Центр пилотируемых космических аппаратов НАСА (MSC) в Хьюстоне, штат Техас, в феврале 1965 года завершил собственное исследование.
Подраздеоление NASA MSC, которая управляла космическим кораблем Apollo Command and Service Module (CSM), заключила контракт с North American Aviation (NAA), генеральным подрядчиком CSM, на семимесячное пилотируемое исследование облета Марса, которое началось 1 октября 1964 года. О результатах исследования в Хьюстоне был подготовлен документ 18 июня 1965 г. Как оказалось проетк не будет очень дорогим, если использовать уже существующие технологии и не делать больше одного облета планет.
Исследование NAA сыграло важную роль в развитии планирования пилотируемого облета, поскольку оно было первым, проведенным крупным производителем перспективного оборудования для пилотируемого облета. Помимо CSM, NAA отвечал за другое оборудование Apollo, которое могло быть адаптировано для пилотируемого полета; в частности, переходник для запуска космических аппаратов (SLA) и вторую ступень ракеты «Сатурн V» S-II.
 |
 |
 |
| Построенная NAA ступень S-II Saturn V с пятью двигателями J-2 медленно опускается на место на первой ступени S-IC Saturn V внутри огромного здания сборки транспортных средств (VAB) в Космическом центре Кеннеди, Флорида. Обратите внимание на рабочих для масштаба. Изображение предоставлено НАСА. |
Собственные исследования EMPIRE, NASA MSFC и NASA MSC, а также исследование NAA проводились на фоне проекта Gemini. Двухместный космический корабль Gemini, продвинутый родственник первого пилотируемого космического корабля НАСА, одноместного корабля «Меркурий», был задуман как инструмент для обучения и биомедицинских исследований астронавтов; он предоставил астронавтам, инженерам и авиадиспетчерам опыт проведения стыковки и выходов в открытый космос, а также позволил врачам НАСА удостовериться, что тела астронавтов могут выдержать примерно двухнедельные полеты на Луну Аполлона.
В декабре 1961 года НАСА предоставило McDonnell Aircraft Company, генеральному подрядчику Mercury, контракт на строительство Gemini. Чуть более двух лет спустя (8 апреля 1964 г.) Gemini I выполнил испытательный полет без экипажа. Первый пилотируемый Gemini, Gemini III, достиг орбиты с Гасом Гриссомом и Джоном Янгом на борту 23 марта 1965 года. Проект Gemini завершился своей десятой пилотируемой миссией (Gemini XII) в ноябре 1966 года.
Разработчики пилотируемых облетов утверждали, что пилотируемый облет будет идеальным для повышения уровня успешности сбрасываемых исследовательских станций-зондов и повышения качества данных, получаемых от них. Астронавты могли бы использовать различные группы зондов, которые они выпускали во время пролета для разных задач из специального отсека. Сам пилотируемый космический корабль может действовать как ретранслятор данных, повышая скорость передачи данных.
NAA добавила еще один аргумент: что зонды, сброшенные во время пилотируемого облета, могут быть более сложными, чем зонды, запущенные с Земли. Инструменты и эксперименты можно было бы сделать более сложными. Поездка на пилотируемом космическом корабле также может повысить гибкость зонда; астронавты могли, например, направить автоматический посадочный модуль на Марс к интересному месту, которое они обнаружили в результате последовательных наблюдений, сделанных с помощью телескопа на пилотируемом космическом корабле во время приближения к планете.
NAA предложила двухэтапную программу пилотируемого облета планет. На этапе I в 1973 году был бы запущен пилотируемый космический корабль, пролетавший мимо Венеры, с 415-дневной миссией. Во время фазы II, пилотируемый космический аппарат, пролетавший мимо Марса, запущенный в 1975 году, должен был выполнить 700-дневную миссию, которая доставит его мимо Марса к внутренней границе пояса астероидов (!). На обоих этапах пилотируемый космический корабль будет состоять из модифицированного CSM, трехпалубного модуля миссии (MM), содержащего жилое и рабочее пространство для экипажа, и герметичного отсека зонда (ПК), несущего груз автоматических зондов, адаптированных к их месту назначения. .
НАА предполагало, что НАСА начнет работу над официальным планом разработки пилотируемой программы облетов в середине 1966 года и предоставит контракты на строительство пролетного космического корабля, роботов-зондов, модифицированных ракет Сатурн-V и наземных объектов с датой разрешения на запуск 1 июля. 1967. «Любое проскальзывание» даты разрешения на запуск, «ключевая веха» в программе пилотируемого облета, по заявлению NAA, «поставило бы под угрозу окно возможностей».
Компания предложила комплексную программу разработки, производства и испытаний, смоделированную по образцу той, которая использовалась в то время, чтобы построить и испытать CSM для лунных миссий Apollo. Основные элементы этапа I вкдючали в себя испытание командного модуля (CM) с тепловым экраном, модернизированного для высокоскоростного входа в атмосферу после пролета Венеры (июнь 1972 г.), испытание на околоземной орбите всего космического корабля, пролетавшего мимо Венеры (август 1972 г.), и испытание космического корабля, пролетавшего мимо Венеры, на солнечной орбите (декабрь 1972 г. — январь 1973 г.).
Основные этапы фазы II включали в себя испытание более надежного теплового экрана CM, для пролета мимо Марса, и испытание орбитального космического корабля над Марсом (декабрь 1973 г. — январь 1974 г.). Результаты солнечно-орбитального испытания возле Венеры могли быть экстраполированы на космический аппарат, пролетающий мимо Марса, так что никаких солнечно-орбитальных испытаний Марса не потребуется.
NAA объяснила, что пилотируемый облет Венеры потребует не более двух запусков Saturn V, поэтому можно обойтись двумя стартовыми площадками Complex 39 Saturn V (Pad 39A и Pad 39B), построенными для лунной программы Apollo в Космическом центре Кеннеди, Флорида. С другой стороны, пилотируемый облет Марса может потребовать до четырех запусков Сатурна V в быстрой последовательности, поэтому НАСА нужно будет построить две новые площадки для Сатурна V. Pad 39C и Pad 39D будут готовы в августе 1974 года.
Миссия по пролету Венеры в Фазе I выйдет с орбиты Земли 30 октября 1973 года. Облет Марса в Фазе II начнется 5 сентября 1975 года. Здесь будет подробно описан только пролёт Марса, в соответствии с акцентом NAA на Фазе II.
 |
| Пилотируемый облет космического корабля в околоземно-орбитальной конфигурации. A = пилотируемый командный модуль (CM); B = пилотируемый служебный модуль (SM); C — Модуль миссии (ММ); D = Отсек зонда (ПК); E = стыковочный адаптер, соединяющий ПК с орбитальной ступенью запуска S-IIB; F = ступень орбитального запуска S-IIB; G = адаптер для соединения ступени S-IIB с двухступенчатой ракетой-носителем Saturn V (утилизируется перед запуском с околоземной орбиты). |
NAA предполагало, что его пролетные миссии будут ускорены с околоземной орбиты с помощью орбитальной стартовой ступени S-IIB , модифицированной версии построенной NAA S-II, второй ступени Apollo Saturn V. Пилотируемый космический корабль и S-IIB будут запускаться отдельно на двухступенчатых ракетах Saturn V и стыковаться с орбитальными элементами сборки на высоте 262 морских мили (485 километров).
Ступень S-IIB пролетающего мимо Марса корабля, если бы она была загружена необходимым топливом, была бы слишком тяжелой для того, чтобы двухступенчатый Saturn V смог доставить на орбиту для сборки. NAA предложила запустить S-IIB с полной загрузкой жидкого водородного топлива и пустым баком для жидкого кислорода. Один или два танкера с жидким кислородом, запущенные на Сатурне V, затем состыковываются с S-IIB, чтобы заполнить кислородный баллон на орбите. Космический аппарат и ступень S-IIB состыковываются, затем последняя запускает известные двигатели J-2, чтобы начать путешествие к Марсу.
 |
| Марсианский командный модуль (CM). A = тепловой экран; B1 = передняя средняя кушетка экипажа; B2 = правое кресло для экипажа; B3 = после средней кушетки экипажа; C = стыковочный узел зонда типа «Аполлон»; D = корпус для жизнеобеспечения и шлангокабелей передачи данных, соединяющих CM с сервисным модулем (SM); E = изотопная энергетическая система ртуть-ранкин; F = корпус для изотопного охлаждения энергосистемы и электрических шлангокабелей, соединяющих CM и SM. Кредит изображения; Североамериканская авиация / НАСА. |
Ссылаясь на многочисленные обязанности экипажа во время близкого пролета Марса, NAA выступала за экипаж из четырех человек, пролетая мимо Марса. Чтобы освободить место для четвертого астронавта в миссии CM облет Марса, центральная кушетка для запуска и возврата будет перемещена вперед в стандартном командном модуле, ближе к главному дисплею и консоли управления.
Облетный экипаж достигнет и покинет околоземную орбиту на борту пролетного CSM, и если что-то пойдет не так, вернется на Землю в командном модуле в случае прерывания миссии в течение часа сразу после вылета на околоземную орбиту.
 |
| Корабль для доставки четверых астронавтов для марсианской миссии на орбиту |
Наиболее очевидной внешней модификацией CSM для пилотируемых миссий NAA по пролету Марса / Венеры была замена главного двигателя служебной двигательной установки (SPS) Apollo CSM на три модифицированных спускаемых двигателя лунного модуля (LM), каждый с независимыми топливными баками и водопроводом.
По заявлению НАА, любой отдельный пролетный двигатель CSM может выполнять все необходимые маневры. Однако, если бы все три ракетных двигателя оставались работоспособными на протяжении всего полета, средний двигатель использовался бы для корректировки курса, а два подвесных двигателя вместе выполняли бы ретро-сжигание в конце полета к Марсу или Венере.
Самое интересное — проект предполагал возможное использование искусственной гравитации на борту марсианской миссии.
Самое интересное — проект предполагал возможное использование искусственной гравитации на борту марсианской миссии.
 |
| Вариант раскрутки корабельной связки для создания искусственного притяжения с помощью металлических тросов. |
Пилотируемый космический корабль, пролетавший мимо Марса, будет вращаться в течение 660 дней из своего 700-дневного полета. 40-дневный период без вращения будет включать коррекцию курсаа с использованием центрального двигателя CSM в в точках 73 дней, 139 дней, 260 дней, 472 дня и 550 дней, плюс неустановленный период вокруг пролета Марса 2 февраля 1976 года. Через 150 дней после последней коррекции вращение будет остановлено для облегчения наблюдений за Марсом и запуска роботов-зондов.
Специальная защита и вода для испарительного охлаждения изотопной системы после отделения Командного модуля от СМ непосредственно перед входом в атмосферу Земли будут защищать пролетающих астронавтов от излучения, пока они находятся внутри КМ. NAA было уверено, что экипаж, пролетавший мимо Марса, получит приемлемо низкую дозу радиации.
Основным двигателем марсианской миссии должен был быть компактный ядерный изотопный двигатель, разработка которого уже была запоанирована и уже существоваали по нему определенные наработки.
Главное оправдание NAA в пользу изотопного источника было связано с максимальным расстоянием полета миссии Марса. Космический корабль будет проходить мимо Марса по низкоэнергетическому маршруту, который приведет его к внутреннему краю пояса астероидов, на расстоянии более 200 миллионов миль (320 миллионов километров) от Солнца. Затем он двинется обратно к Солнцу и пересечет Землю. Солнечные батареи, необходимые для непрерывной выработки четырех киловатт электроэнергии на таком расстоянии, будут чрезмерно большими и тяжелыми. Их протяженность сделает их главными целями для метеороитов, которые, как ожидается, станут серьезной опасностью, когда космический корабль будет обходить пояс астероидов. потому ионный двигатель для такой миссии посчитали неприемлемым.
Космический аппарат, пролетающий мимо Венеры, напротив, мог полагаться на достаточный запас солнечной энергии и, как ожидалось, мог бороться с менее плотным потоком метеоров. NAA предположило, что 525-фунтовая (240-килограммовая) энергетическая система на солнечных элементах будет достаточной для питания космического корабля, пролетая мимо Венеры.
 |
| Жилой модуль с основными компонентами, обозначенными буквами. A = туннель для переброски экипажа, ведущий в отсек зонда (ПК); B = люк и выдвижная лестница; C = Отсек зонда; D = укрытие / центр управления (нижняя палуба); E = центрифуга; F = средняя палуба (основная жилая и рабочая зона); G = зона сна; H = туннель для переброски экипажа, соединяющий плавучий док с верхней и средней палубами; I = баллон с газообразным кислородом и оборудование жизнеобеспечения; J = резервуар с жидким азотом; K = баллон с жидким кислородом; L = стыковочный воротник; M = стыковочный блок плавучего типа; N = двухкомпонентный адаптер, связывающий пролетные CSM и MM. |
Команда NAA описала обычный день полета экипажа Марса. Экипаж спал шесть часов, работал восемь часов, спал 1,5 часа, а затем снова работал 8,5 часов. Рабочие периоды будут перемежаться с четырьмя 20-минутными периодами, отведенными на прием пищи, и 50-минутными периодами для личной гигиены. Компания ожидала, что в среднем каждый член экипажа будет тратить около 6,5 часов в день на техническое обслуживание модулей и зондов и 2,5 часа в день на продвижение научной программы полета.
Физические упражнения будут засчитываться во время работы: в надежде противодействовать воздействию жизни в условиях низкой гравитации, NAA запланировала 1 час легких упражнений, 30 минут средних упражнений для биомедицинского мониторинга и 30 минут тяжелых упражнений.
 |
| Внешний вид отсека зонда (ПК). A1 = вид сбоку антенны с большим усилением; A2 = частичный вид спереди / сзади антенны с высоким коэффициентом усиления; A3 = антенная тарелка с высоким коэффициентом усиления, сложенная перед развертыванием; B = стрела магнитометра (вид сбоку и сзади); C = 40-дюймовый (один метр) телескоп (вид сбоку и сзади); D = разрез ПК, показывающий внутреннюю структуру; E = PC кормовой прочный корпус; F1 = панель развертывания для зонда Soft-Lander (SLP) 2; F2 = панель развертывания для SLP 1; F3 = панель развертывания для орбитального монитора окружающей среды (OEM) и орбитального астрономического зонда (OAT); F4 = панель развертывания для зондов с жесткой посадкой (HLP); F5 = панель развертывания для зондов парашютной атмосферы (PAP) 1, 2 и 3; F6 = панель развертывания для PAP 4, 5 и 6. Изображение предоставлено: North American Aviation / NASA. |
NAA перечислило 28 основных научных и инженерных задач полетов к Марсу, большинство из которых были направлены на то, чтобы подготовить почву для более продвинутых пилотируемых миссий на Марс в 1980-х годах. Конечно, во время облетов нельзя было пренебрегать научными исследованиями, но компания постаралась подчеркнуть, что наука не станет основным направлением миссии до тех пор, пока НАСА не проведет орбитальные и посадочные миссии.
2 февраля 1976 года, через 150 дней после отлета с Земли, пилотируемый космический аппарат NAA, пролетавший мимо Марса, достигнет своей цели. Миссия долна была пребывать ан орбите Марса 32 часа.
Первоочередной задачей будет сбор фотографических данных, необходимых для создания подробных карт Марса. Экипаж будет наблюдать и фотографировать Марс с помощью телескопа и 35-мм пленочной камеры с «турелью» из разных объективов.
Привязкой должны были стать карты Марса 1965 года. В основном они были основаны на фотопластинках, снятых с Земли с помощью больших телескопов, и на зарисовках, сделанных астрономами через окуляры телескопов.
Экипаж будет отслеживать и получать данные от сбрасываемых зондов, которые они будут выпускать в строго определенное время, чтобы гарантировать, что они достигнут целей, выбранных на основе наблюдений телескопа, сделанных во время приближения к планете. Радиосигналы от зондов будут приниматься через антенну, прикрепленную к пролетному CSM, вместо антенны с высоким коэффициентом усиления Apollo CSM.
Экипаж, как и следовало ожидать, изменит свой обычный распорядок дня во время облета. Сон будет сокращен на 1,5 часа на члена экипажа в день, время приема пищи сократится вдвое, а физические упражнения и биомедицинский мониторинг будут исключены. НАА выделило 4,5 часа на каждого члена экипажа для наблюдения за зондами, два часа на зондовые исследования с использованием телескопа и 35-мм камеры и три часа на «внеплановые» наблюдения (компания предположила, например, что астронавты могут захотеть сделать набросок того, что видели на Марсе).
 |
| Полушарие Фарсиды Марса. Пятна облаков отмечают четыре больших щитовых вулкана; Олимп Монс находится вверху и слева от центра. Western Valles Marineris находится на краю справа в центре. Изображение предоставлено НАСА. |
NAA сравнила пилотируемый облет с запланированными роботизированными полетами на Марс. Компания сообщила менеджерам NASA MSC, что зонд «Вояджер», предложенный к запуску в 1975 году (не путать с зондами внешних планет «Вояджер», запущенными в 1978–1979 годах), будет передавать данные со скоростью от 100 до 350 бит в секунду. В отличие от этого пилотируемая миссия облетов будет возвращать 2000 бит в секунду и доставлять рулоны и кассеты с пленкой высокого разрешения картографам и исследователям на Земле. NAA заявило, что его анализ показал, что «типы, диапазоны, точность и количество данных, полученных [пилотируемой миссией облет Марса], должны превышать (в некоторых случаях на порядки) то, что может быть возвращено на Землю с эквивалентными приборами на борту компактных беспилотных систем «.
Компания подсчитала, что 57% пилотируемых подсистем космических кораблей миссии, включая жизнеобеспечение, питание, двигательную установку, наведение, связь и обработку данных, могут быть обеспечены 164 аппаратными «сборками», предназначенными для лунных миссий Аполлона. Еще 22% (63 сборки) могут иметь форму модифицированного оборудования Apollo, а 15% (44 сборки) могут включать оборудование, заимствованное из других программ, таких как пилотируемая орбитальная лаборатория ВВС США.
Это означало, что 94% пилотируемого оборудования для пролета Марса будут иметь протокол испытаний и историю отказов к тому времени, когда пилотируемая миссия облета Марса отправится в путешествие. Остальные 6% (всего 17) сборки) потребуют новой разработки и тестирования. Основываясь на существующих прогнозах надежности Apollo, NAA подсчитало, что во время пилотируемого полета к Марсу в 1975 году произойдет от шести до 85 отказов.
Возвращение на Землю должно было произойти 5 августа 1977 года.
 |
| Модификации носителей сборки марсианской и венерианской миссии. A = Башня системы аварийного спасения; B = пилотируемый командно-сервисный модуль (CSM); C = Модуль миссии (MM); D = Отсек зонда (ПК); E = Сатурн V стадия S-IVB; F = Сатурн V S-II стадия; G = Сатурн V ступень S-IC; H = Адаптер для запуска космического корабля (SLA); I = аэродинамический кожух. Изображение предоставлено: Североамериканская авиация / НАСА. |
Проект вышел на стадию стендового проектирования уже к 1969 году. Однако примерно в этот же период, после успешной высадки на Луну администрация президента США и Конгресс приняли решение урезать к 1973 году космические ассигнования НАСА.
Источники«Однолетнее исследовательское путешествие Земля-Марс-Венера-Земля», Г. Крокко; доклад, представленный на 7-м Конгрессе Международной астронавтической федерации в Риме, Италия, 1-7 сентября 1956 г.
«Лаборатория в космосе», М. Ярымович, штаб-квартира НАСА; доклад, представленный на Первом космическом конгрессе в Какао-Бич, Флорида, 20-22 апреля 1964 г.
«Будущие усилия по укреплению оборудования Apollo», Aviation Week & Space Technology , 16 ноября 1964 г., стр. 48-51.
«Эволюционная программа пилотируемых межпланетных исследований», М. В. Джек Белл; документ, представленный на встрече AIAA / AAS Stepping Stones to Mars в Балтиморе, штат Мэриленд, 28-30 марта 1966 г.
Брошюра по окончательному брифингу по исследованию пилотируемых систем пролетающих мимо Марса и / или Венеры транспортных средств , SID 65-761-6, North American Aviation, Inc. , 18 июня 1965 г.
Виталий Рождаев.
По материалам http://spaceflighthistory.blogspot.com/
Leave a Reply